This animated video shows six finely tuned lasers used inside NASA's Cold Atom Lab

Cold Atom Lab de la NASA da un salto gigante para la ciencia cuántica


Un nuevo estudio describe cómo la misión se convirtió en la primera en hacer un quinto estado de la materia en órbita terrestre, y las ventajas de estudiar átomos en el espacio.


Este mes se cumplen 25 años desde que los científicos
primero produjo un quinto estado de la materia, que tiene propiedades extraordinarias
totalmente diferente a los sólidos, líquidos, gases y plasmas. El logro obtuvo un
Premio Nobel y física cambiada.

Un nuevo estudio en la revista Nature se basa en
ese legado En julio de 2018, la NASA Laboratorio de átomos fríos
se convirtió en la primera instalación en producir ese quinto estado de la materia, llamado
Condensado de Bose-Einstein (BEC), en órbita terrestre. Una instalación de física fundamental
en la Estación Espacial Internacional, Cold Atom Lab enfría átomos hasta ultrafríos
temperaturas para estudiar sus propiedades físicas básicas de manera que
No sería posible en la Tierra. Ahora, el equipo de la misión informa sobre los detalles de
poner en marcha este laboratorio único, así como su progreso hacia un
objetivo a largo plazo de usar la microgravedad para iluminar nuevas características de la cuántica
mundo.

Ya sea que lo sepas o no, la ciencia cuántica
toca nuestras vidas cada día La mecánica cuántica se refiere a la rama de la física.
que se centra en los comportamientos de los átomos y las partículas subatómicas, y es un
parte fundamental de muchos componentes en muchas tecnologías modernas, incluida la célula
teléfonos y computadoras, que emplean la naturaleza ondulatoria de los electrones en el silicio.

Aunque los primeros fenómenos cuánticos fueron
observado hace más de un siglo, los científicos todavía están aprendiendo sobre este reino
de nuestro universo.

"Incluso se remonta a cuando el primer Bose-Einstein
se hicieron condensados, los físicos reconocieron cómo trabajar en el espacio podría proporcionar
grandes ventajas en el estudio de estos sistemas cuánticos ", dijo David Aveline, un
miembro del equipo científico de Cold Atom Lab en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en
Sureste de california. "Ha habido algunas manifestaciones enfocadas a este respecto,
pero ahora con la operación continua de Cold Atom Lab, estamos demostrando que hay un
mucho que ganar haciendo estos experimentos prolongados día tras día en órbita ".

¿Cómo enfriar los átomos a casi cero absoluto, o la temperatura a la que los átomos deben dejar de moverse por completo? Los miembros del equipo de Cold Atom Lab de la NASA explican. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Mas frio
Que el frio

Cuanto más fríos son los átomos, más lentamente se mueven y
cuanto más fáciles sean de estudiar. Instalaciones de átomos ultrafríos como Cold Atom Lab cool
átomos dentro de una fracción de un grado por encima del cero absoluto, o el
temperatura a la que teóricamente dejarían de moverse por completo.

Enfriar átomos también es la única forma de producir
un condensado de Bose-Einstein. Los científicos producen BEC en el vacío, así que en la Tierra
los átomos son arrastrados por la gravedad y caen rápidamente al piso del
cámara, típicamente limitando los tiempos de observación a menos de un segundo. Con el
ingravidez de la estación espacial, los BEC pueden flotar, no muy diferente de los astronautas
a bordo. Dentro de Cold Atom Lab, eso significa tiempos de observación más largos.

A diferencia de los sólidos, líquidos, gases y plasmas, los BEC
No se forme naturalmente. Sirven como una valiosa herramienta para los físicos cuánticos.
porque todos los átomos en un BEC tienen la misma identidad cuántica, entonces
exhiben colectivamente propiedades que generalmente se muestran solo por individuo
átomos o partículas subatómicas. Por lo tanto, los BEC hacen esas características microscópicas
visible a escala macroscópica.

Cold Atom Lab ha estado operando en la Estación Espacial Internacional desde 2018. Use esta herramienta interactiva para ver de cerca la estación espacial, o vea la experiencia interactiva completa en Ojos en el sistema solar. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Experimentos anteriores de átomos ultrafríos han utilizado
sonar cohetes o dejar caer su hardware especialmente diseñado desde la parte superior de
torres altas para crear segundos o minutos de ingravidez de la misma manera que un cero
avión de gravedad hace
. Desde su posición en la estación, Cold Atom Lab
ha proporcionado a sus científicos miles de horas de tiempo de experimento de microgravedad.
Esto les permite repetir sus experimentos varias veces y hacer ejercicio.
Más creatividad y flexibilidad en los experimentos que realizan.

"Con Cold Atom Lab, los científicos pueden ver
sus datos en tiempo real y hacer ajustes a sus experimentos en corto
aviso ", dijo Jason Williams, miembro del equipo científico de Cold Atom Lab
en JPL. "Esa flexibilidad significa que podemos aprender rápidamente y abordar
nuevas preguntas a medida que surgen ".

Las instalaciones de átomos ultrafríos en el espacio también deberían ser
capaz de alcanzar temperaturas más frías que los laboratorios terrestres. Una forma de hacerlo
es simplemente hacer que las nubes de átomos ultrafríos se expandan lentamente, lo que provoca
que se enfríen y es más fácil hacerlo sin la gravedad que atrae átomos hacia el
suelo.

Tiempos de observación más largos y temperaturas más frías.
ambos brindan oportunidades para una comprensión más profunda de los comportamientos de los átomos y
BEC's. En la Tierra, las temperaturas más frías y los tiempos de observación más largos han sido
logrado solo por experimentos con habitaciones enteras llenas de hardware dedicado o alto
torres El Cold Atom Lab del tamaño de un lavavajillas aún no ha establecido nuevos récords en esos
categorías, pero sus capacidades básicas son de vanguardia, agrupando las habilidades
de un laboratorio extremadamente grande en un paquete pequeño.

"Realmente creo que acabamos de empezar a rascar
la superficie de lo que se puede hacer con experimentos de átomos ultrafríos en
microgravedad ", dijo Ethan Elliott, miembro de la ciencia Cold Atom Lab
equipo de JPL. "Estoy realmente emocionado de ver cuál es la física fundamental
comunidad hace con esta capacidad a largo plazo ".

Cold Atom Lab ha funcionado con éxito durante dos años,
y astronautas recientemente
ayudó a actualizar
la instalación con una nueva herramienta llamada átomo
interferómetro que usa átomos para medir con precisión fuerzas, incluida la gravedad. los
El equipo confirmó recientemente que el nuevo instrumento funciona como se esperaba, haciendo
Es el primer interferómetro atómico que opera en el espacio.

El nuevo estudio en Nature fue dirigido por Aveline, Williams y Elliott. Diseñado y construido en JPL, Cold Atom Lab está patrocinado por Space Life y
Investigación y aplicaciones de ciencias físicas (SLPSRA)
división de la Dirección de Misión de Exploración y Operaciones Humanas de la NASA en el
sede de la agencia en Washington y el Programa de la Estación Espacial Internacional
en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston.

A
Obtenga más información sobre Cold Atom Lab, vaya aquí:

https://coldatomlab.jpl.nasa.gov/ /

Para aprender más sobre cuán fríos están los átomos en
Cold Atom Lab son, ve aquí:

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7311

A
Obtenga más información sobre la reciente actualización de la instalación, vaya aquí:

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7660

Noticias Medios Contacto

Calla Cofield
Laboratorio de Propulsión a Chorro, Pasadena, California.
626-808-2469
calla.e.cofield@jpl.nasa.gov

2020-109

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